金属加工には様々な種類がありますが、その中で切る・削る・穴をあけるという加工を切削加工と呼びます。
この記事では、主要な切削加工である旋削加工についての基礎知識をご紹介します。
旋削加工の基礎知識-チップやバイトなどの工具も紹介
切削は、ものづくりの最初の工程で切り削る加工方法です。
「切る」工程と「削る」工程では加工方法や工具が大きく異なっています。切削加工の中の削る工程では主に旋削加工、フライス加工、穴あけ加工の3つの加工方法が存在します。
工具を取り付ける機械には、旋削用の旋盤、フライス加工用のマシニングセンタ、旋削もフライス加工も可能な複合加工機があります。
この記事ではこの中の旋削加工の基礎知識をご紹介します。
旋削加工の概要
旋削加工は、被削材（ワーク）が回転する加工方法で、旋盤や複合加工機に旋削工具を取り付けて加工します。
チップにはポジ、ネガの2種類があり、ブレーカーも被削材の種類と加工工程（荒加工、中加工、仕上げ加工）にあわせて選定します。
工具の太さや長さに拠っては振動が発生するため、工具選定時にはできるだけ太く短い工具を選定するのがセオリーです。
旋削加工では、被削材の外側を切削する外径加工と内側を切削する内径加工があります。
また、旋削の分類として、一般旋削加工、端面加工、倣い加工、ぬすみ加工、溝入れ加工、突切り加工、ねじ切りという加工方法が存在します。
旋削工具の選定
旋削工具には基本的に汎用タイプとワイパーチップ工具があり、そのほかに各工具メーカー独自の工具があります。
汎用タイプ(ISO工具)は、メリットとして、工具の汎用性が高いことを挙げることができ、デメリットとしては他工具と比べて生産性低い傾向があます。
ワイパーチップは、先端が平になっているチップのこと。切削時の凹凸が小さくなり面粗度が改善するため、高速送りによる生産性向上、通常送りでの面粗度向上を実現することができます。一方で、倣い・面取りでは効果が発揮できないというデメリットがあります。
ノーズR
ノーズRは、旋盤加工で用いるチップの先端に施されているR処理のこと。 Rがあることにより、刃物の強度、面粗度にも大きく影響します。
ノーズRが大きいほど面粗度が向上しますが、同時に抵抗が上がります。反対にノーズRが小さいと面粗度は荒くなりますが、高い精度で加工することができるようになります。
仕上げでは、ノーズRを小さくすることで高い精度での加工を実現しながら、同時に送りを落とすことで面粗度を改善するといった方法で切削を行っていきます。
尚、ノーズRが大きいほど面粗度がよくなる理由として、ノーズRが大きいほど円弧が大きくなり、カーブの傾斜が小さくなるため、凹凸が小さくなり、切削時の粗さが抑えらえるというメカニズムです。
ノーズRと同じく重要なものにブレーカーがあります。ブレーカーは、切屑の成形と分断を行うチップのくぼみ部分のこと。切屑排出がうまくいかないと材に当たったり、工具に巻き付いたりして問題となります。こちらの選定についても工具メーカーに確認してみるのがおすすめです。
工具材質
工具には様々な材質があり、それぞれの工具で特性が異なっています。
ハイスの工具は高速度鋼が使用される工具ですが、現在ではあまり見かけなくなりました。今回ご紹介するのはより一般的な材質です。
ノンコート超硬：アルミ、シャープな刃先
コーティング超硬：あらゆる被削材、耐摩耗、高靭性
サーメット：厳しい寸法公差・加工面粗度用、中仕上げ、仕上げ、靭性は低い
セラミック：鋳鉄、高硬度鋼・耐熱合金、欠けやすく安定条件下の荒加工、熱に強い
CBN：高高度鋼の仕上げ、鋳鉄の高速荒加工、高速加工で高温にも耐える
PCD：アルミ合金、非鉄金属、超硬母材にロー付け
チップコーティングの種類
チップのコーティングには主にCVDとPVDがあります。
CVD-Chemical Vapeur Déposition
特徴：
厚膜コート、耐熱性の高いAl2O3(アルミナ)が可能、超硬母材への密着度が高い、高い耐摩耗性
用途：
熱のこもりやすい加工に強い→高い切削速度、切込み、連続切削
PVD-Physical Vapeur Déposition
特徴：
シャープな薄膜可、耐溶着性の高いTiAlNが可能、切削抵抗が低い、高靭性
用途：
薄膜でシャープエッジ、実勢高い、低抵抗→振動の起こりやすい加工、断続切削
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鋼材と切削を詳しく知るなら
鋼材の特性や鋼材ごとの切削方法をより深く学びたいと思ったときにおすすめな本として、『元素から見た鉄鋼材料と切削の基礎知識』という本がおすすめ。
鋼材の特徴を詳しく解説しながら、その特性に適した加工方法を解説している本で、私もこの本を使って勉強しました。
切削について興味があるという場合には是非こちらの本を読んでみてください。
終わりに
この記事では、金属切削加工の主な加工方法である「旋削加工」について基礎知識をご紹介しました。
金属加工では切削工程は特に重要な工程ですので、工具は良いものを選定するのが重要。また、問題が発生した時には工具メーカーに相談するのがおすすめです。
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